專利名稱：用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽濕度傳感器，可對(duì)蒸汽濕度進(jìn)行精確在線檢測，屬測試 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蒸汽濕度對(duì)汽輪機(jī)的安全li能和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能都有著重要影響，因此有必要 對(duì)汽輪機(jī)排汽濕度進(jìn)行在線監(jiān)測?，F(xiàn)有蒸汽濕度測量方法主要分為兩類，既熱力 學(xué)法和光學(xué)法。其中，熱力學(xué)法又分為節(jié)流法、凝結(jié)法、蒸汽-空氣混合法和
加熱法，各種方法的監(jiān)測機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn)如下
節(jié)流法的原理是將抽取的試樣節(jié)流到較低的壓力，使節(jié)流后的蒸汽處于 過熱狀態(tài)，根據(jù)節(jié)流前后焓值不變條件求出抽取試樣蒸汽的濕度值。節(jié)流法 的缺點(diǎn)是不宜用來測定低壓區(qū)及濕度大于8%的濕蒸汽( 一般凝汽式汽輪機(jī)的 排汽壓力較低，濕度在6~12%范圍)。另外，熱損失和濕蒸汽膨脹后不能完全 混合還會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性。
凝結(jié)法是將被抽取的濕蒸汽試樣在冷凝器中凝結(jié)成水，根據(jù)冷凝器中冷 卻水吸收的蒸汽凝結(jié)熱量計(jì)算出所抽取試樣的濕度。這種方法需要對(duì)濕蒸汽 的取樣流量、冷卻水量、水溫等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行測量，可能會(huì)產(chǎn)生較大的測量 累積誤差，同時(shí)散熱損失也會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性，故測量精度較低。
蒸汽-空氣混合法是將被抽取的試樣在一混合室中與外界引入的干空氣 在絕熱條件下混合，根據(jù)質(zhì)能守恒方程，求出抽取試樣的濕度。測量時(shí)，要 求保證濕蒸汽與干空氣混合后，空氣中的水分含量尚未達(dá)到飽和，因此需要 大量的熱空氣，這就要求在測量現(xiàn)場配置一臺(tái)容量很大的真空泵，因此限制 了在現(xiàn)場的應(yīng)用。
加熱法是將抽取的飽和濕蒸汽試樣加熱到干飽和狀態(tài)或過熱狀態(tài)，測量出蒸汽試樣的流量，根據(jù)試樣的吸熱量以及加熱前后試樣熱力參數(shù)的變化， 計(jì)算出蒸汽的濕度。加熱法需要對(duì)取樣流量、加熱量、蒸汽參數(shù)等多個(gè)參數(shù) 進(jìn)行測量，測量累積誤差和散熱損失會(huì)影響測量精度。
總而言之，上述各種熱力學(xué)法，測量時(shí)都需要從汽輪機(jī)內(nèi)的主汽流中抽 取部分試樣，不僅測量環(huán)節(jié)多，而且測量裝置復(fù)雜，測量精度低。
光學(xué)法測量蒸汽濕度是建立在光的散射原理基礎(chǔ)上的，當(dāng)光線通過含有 水滴的濕蒸汽流時(shí)，受蒸汽中水滴光散射效應(yīng)的影響， 一部分光線產(chǎn)生散射 現(xiàn)象，因此透射光強(qiáng)小于入射光強(qiáng)，通過測量濕蒸汽對(duì)光的散射或衰減從而 求出濕蒸汽中水滴直徑、水滴數(shù)量及蒸汽濕度，
光學(xué)測量法不需抽吸取樣，需要測量的參數(shù)也少，操作較簡便。其缺點(diǎn)
有兩個(gè)第一，光學(xué)法成功的關(guān)鍵之一在于保持光學(xué)窗口的潔凈，目前普遍 釆用通暖空氣來保持窗口表面不與油污和水接觸，如果光學(xué)窗口較長時(shí)間暴 露在測量汽流中，其表面受到污染是難以避免的，對(duì)測量環(huán)境的嚴(yán)格要求限 制了其在實(shí)際中的應(yīng)用；第二，光學(xué)法測量蒸汽濕度時(shí)，需要對(duì)一次水滴和 二次水滴分別測量， 一次水滴的測量技術(shù)已較成熟，但對(duì)二次水滴還沒有成 熟的測量技術(shù)。如僅對(duì)一次水滴測量，忽略濕汽中的二次水滴，由于水滴的 質(zhì)量與直徑成三次方的關(guān)系，其測量結(jié)果必然低于真實(shí)值。即使可以對(duì)二次 水滴測量，由于光學(xué)測量窗口很小，而二次水滴分布的不均勻性又很大，將 可能由于取樣偏差，使測量結(jié)果存在較大誤差。
總之，現(xiàn)有的蒸汽濕度測量方法及其測量裝置都存在著嚴(yán)重不足，設(shè)計(jì)一 種結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、制造成本低廉、性能優(yōu)良的蒸汽濕度傳感器， 用以檢測蒸汽濕度，對(duì)提髙汽輪機(jī)的安全!i和經(jīng)濟(jì)性是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷、提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高，環(huán)境適 應(yīng)能力強(qiáng)的用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器。 本發(fā)明所稱問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，它包括一個(gè)兩端開口、中間設(shè)有微波
信號(hào)傳輸接口的圓簡形腔體,在圓簡形腔體內(nèi)部的兩端分別設(shè)置一個(gè)圓環(huán)分隔器，
所述圓環(huán)分隔器由l ~ 4個(gè)與圓簡形腔體同軸的圓簡組成，它們靠近圓簡形腔體端 口的一端與圓簡形腔M接，圓環(huán)分隔器的膨脹系數(shù)比圓簡形腔體大。
上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述圓簡形腔體氣流流入端的壁面為 結(jié)構(gòu)。
上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述圓環(huán)分隔器由金屬細(xì)網(wǎng)構(gòu)成。
上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述圓筒形腔體由依次通過螺紋連接 的 圓筒1、中間圓筒3和調(diào)節(jié)套筒6構(gòu)成，所述^圓筒1的壁面為楔形結(jié) 構(gòu)，所述調(diào)節(jié)套簡6與中間圓簡間利用定位螺釘5予以固定。
上述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，所述連接微波信號(hào)傳輸波導(dǎo)的接口為 橢圓孔，橢圓孔長短軸半徑比為l: 0.4，橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同。
本發(fā)明以圓筒形腔體和圓環(huán)分隔器構(gòu)成微波諧振腔，將蒸汽濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 易于測量的諧振腔諧振頻率信號(hào)，不僅可使測量裝置大大簡化，而且傳感器對(duì)環(huán) 境的要求不高。圓環(huán)分隔器釆用金屬細(xì)網(wǎng)構(gòu)成，既可以讓濕蒸汽兩相流在P且力較 小的情況下自由通過諧振腔，又保證了諧振腔具有高的品質(zhì)因數(shù)；圓環(huán)分隔器釆 用膨脹系數(shù)比圓簡形腔體大的金屬材料制成，通過合理設(shè)計(jì)圓環(huán)分隔器伸入圓筒 形腔體的長度，可使被測濕蒸汽溫度變化時(shí)，圓簡形腔體和分隔器的膨脹對(duì)諧振 腔諧振頻率的影響相互抵消，從而使測量結(jié)果不受蒸汽溫度變化的影響；圓筒形 腔體的氣流流入端壁面為一楔形結(jié)構(gòu)，可使進(jìn)入諧振腔的濕蒸汽兩相流參數(shù)與主 流參數(shù)一致，最大限度地減小取樣偏差。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，對(duì)環(huán)境的 要求低，與微波信號(hào)處理電路配合，可以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)濕蒸汽濕度的高精度在線測量。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是娜圓簡的結(jié)構(gòu)示意圖3是圖2的左視圖4是圓環(huán)分割器的結(jié)構(gòu)示意圖5是圖4的左視圖6是中間圓簡的結(jié)構(gòu)示意圖7是圖6的左視；
圖8是調(diào)節(jié)套筒的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是圖8的左視圖。
圖中各標(biāo)號(hào)為1、楔形圓筒，2、圓環(huán)分割器，3、中間圓筒，4、矩形波導(dǎo), 5、定位螺釘，6、調(diào)節(jié)套簡。
具體實(shí)施例方式
微波諧振腔內(nèi)介質(zhì)介電常數(shù)的變化將引起諧振腔諧振頻率的改變，通過測量 諧振腔諧振頻率的變化，可以測量諧振腔內(nèi)介質(zhì)介電常數(shù)或其變化量。 一定壓力 (溫度)下，濕蒸汽的濕度不同其介電常數(shù)也就不同，而且兩者一一對(duì)應(yīng)，因此, 可以通過測量微波諧振腔內(nèi)濕蒸汽的介電常數(shù)來檢測濕蒸汽的濕度。
利用微波諧振腔測量蒸汽濕度，是通過測量濕蒸汽兩相流流過微波諧振腔時(shí) 諧振腔諧振頻率的變化來實(shí)現(xiàn)的，為了使測量具有較高的準(zhǔn)確度和精確度，用于 檢測濕蒸汽兩相流濕度的微波諧振腔傳感器應(yīng)具有良好的兩相流氣動(dòng)特性、髙頻 電磁特性和低的溫度敏感性，既滿足如下要求(1)進(jìn)入諧振腔的濕蒸汽兩相流 參數(shù)與主流參數(shù)一致，取樣偏差小；(2)濕蒸汽兩相流可以自由通過諧振腔，且 汽流在通過諧振腔時(shí)流動(dòng)P且力小，諧振腔具有良好的兩相流氣動(dòng)特性；(3)諧振 腔具有高的品質(zhì)因數(shù)；(4)濕蒸汽溫度的變化不會(huì)引起諧振腔諧振頻率的改變。
參看圖1,圓筒形腔體由依次通過螺紋連接的楔形圓簡1、中間圓簡3和調(diào)節(jié) 套筒6構(gòu)成。楔形圓簡1進(jìn)氣端的壁面為楔形結(jié)構(gòu)，氣流進(jìn)口的圓環(huán)分割器固定 于楔形圓簡1和中間圓簡3之間，氣流出口的圓環(huán)分割器固定于調(diào)節(jié)套筒6上。 具體實(shí)施時(shí)，圓簡形腔體以及其與圓環(huán)分割器的連接方式可以有多種變化。為保 證取樣誤差小，，圓簡1和中間圓筒3的內(nèi)徑應(yīng)保持一致。
參看圖4、圖5，圓環(huán)分割器由三個(gè)等距離等厚度細(xì)網(wǎng)圓環(huán)組成，這種圓環(huán)形 細(xì)網(wǎng)分隔器結(jié)構(gòu)，既可以讓濕蒸汽兩相流自由通過諧振腔，汽流在通過諧振腔時(shí) 流動(dòng)阻力較小，又保證了諧振腔具有髙的品質(zhì)因數(shù)；諧振腔腔體與兩端的圓環(huán)分 說明書第5/5頁
隔器分別釆用不同膨脹系數(shù)的金屬材料，圓簡形諧振腔釆用低膨脹系數(shù)材料，兩 端圓環(huán)分隔器采用高膨脹系數(shù)材料，根據(jù)采用的兩種材料膨脹系數(shù)的不同，通過 設(shè)計(jì)兩端圓環(huán)分隔器伸入諧振腔的長度，使得當(dāng)被測濕蒸汽溫度變化時(shí)，諧振腔 腔體和兩端分隔器的膨脹對(duì)諧振腔諧振頻率的影響相互抵消，從而使得測量不受 蒸汽溫度變化的影響。
參看圖2、圖3，諧振腔的氣流流入端壁面為一楔形結(jié)抅，這種結(jié)抅可以 _逸 入諧振腔的濕蒸汽兩相流參數(shù)與主流參數(shù)一致，沒有取樣偏差。
參看圖6、圖7,在諧振腔的圓筒形壁面中央開有一橢圓孔，橢圓孔長短軸半 徑比為l: 0.4，橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同，諧振腔通過該橢圓孔與矩 形波導(dǎo)耦合，進(jìn)行微波信號(hào)傳輸。
參看圖8、圖9,調(diào)節(jié)套筒6用于調(diào)節(jié)諧振腔的長度，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套筒6可以調(diào) 節(jié)兩個(gè)圓環(huán)分割器之間的距離，調(diào)節(jié)諧振頻率，定位螺釘5用于將調(diào)節(jié)套簡6與 中間圓筒3固定。
測量濕蒸汽濕度時(shí)，諧振腔軸線與氣流方向一致，讓濕蒸汽自由流過諧振腔， 通過測量諧振腔諧振頻率的變化得出流過諧振腔的蒸汽濕度。
權(quán)利要求
1、一種用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，其特征是，它包括一個(gè)兩端開口、中間設(shè)有微波信號(hào)傳輸接口的圓筒形腔體，在圓筒形腔體內(nèi)部的兩端分別設(shè)置一個(gè)圓環(huán)分隔器，所述圓環(huán)分隔器由1～4個(gè)與圓筒形腔體同軸的圓筒組成，它們靠近圓筒形腔體端口的一端與圓筒形腔體連接，圓環(huán)分隔器的膨脹系數(shù)比圓筒形腔體大。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，其特征是，所述圓 簡形腔體氣流流入端的壁面為娜結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，其特征是，所 述圓簡形腔體由依次通過螺紋連接的楔形圓簡(1)、中間圓筒3和調(diào)節(jié)套筒(6) 構(gòu)成，所述^^圓筒(1)的壁面為^結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)套簡(6)與中間圓簡間 利用定位螺釘(5)予以固定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，其特征是，所述圓 環(huán)分隔器由金屬細(xì)網(wǎng)構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，其特征是，所述連 接微波信號(hào)傳輸波導(dǎo)的接口為橢圓孔，橢圓孔長短軸半徑比為l: 0.4，橢圓孔的 長軸與諧振腔軸線方向相同。
全文摘要
一種用于蒸汽濕度檢測的微波傳感器，屬測試技術(shù)領(lǐng)域，用于解決蒸汽濕度檢測問題。其技術(shù)方案是，它包括一個(gè)兩端開口、中間有微波信號(hào)傳輸接口的圓筒形腔體，在圓筒形腔體內(nèi)部的兩端分別設(shè)置一個(gè)圓環(huán)分隔器，所述圓環(huán)分隔器由1～4個(gè)與圓筒形腔體同軸的圓筒組成，它們靠近圓筒形腔體端口的一端與圓筒形腔體連接，圓環(huán)分隔器的膨脹系數(shù)比圓筒形腔體大。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，對(duì)環(huán)境的要求低，將其與微波信號(hào)處理電路配合，可以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)濕蒸汽濕度的高精度在線測量。
文檔編號(hào)G01N22/00GK101183081SQ200710185428
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者張淑娥, 楊再旺, 錢江波, 韓中合 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)